物理學(xué)論文-寬吸收線(xiàn)類(lèi)星體物理研究.doc

物理學(xué)論文-寬吸收線(xiàn)類(lèi)星體物理研究摘要:現(xiàn)在普遍相信類(lèi)星體的反饋會(huì)調(diào)節(jié)寄主星系形成的進(jìn)程，但其中具體的物理過(guò)程依然是個(gè)謎.類(lèi)星體的外流是一個(gè)重要的候選者.為了確定外流的重要性，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)天體物理中心開(kāi)展了寬吸收線(xiàn)類(lèi)星體的一系列研究，取得了一些進(jìn)展:(1)寬吸收線(xiàn)區(qū)的紫外吸收物質(zhì)的柱密度比原來(lái)預(yù)計(jì)高出2個(gè)量級(jí)，低電離吸收線(xiàn)形成于飽和的高電離吸收線(xiàn)區(qū)；（2）射電寧?kù)o的寬吸收類(lèi)星體吸收物質(zhì)主要在赤道面，并且不同的源吸收物質(zhì)分布情況很不相同，而在射電強(qiáng)的類(lèi)星體中，赤道和極向外流都是可能的；（3）共振散射線(xiàn)偏振表明，外流物質(zhì)攜帶角動(dòng)量.關(guān)鍵詞:類(lèi)星體,ThephysicsofbroadabsorptionlinequasarsWANGTing|Gui(CenterforAstrophysics,UniversityofScienceandTechnologyofChina,Hefei230026,China)AbstractQuasarfeedbackisconsideredacrucialprocessingalaxyformationandevolution；however,detailsofthephysicalprocessremainamystery.Quasaroutflowisonepossibleprocess.Toassesstheimportanceofquasaroutflowwehaveperformedaseriesofstudiesonbroadabsorptionline(BAL)quasars,andhaveobtainedthefollowingresults.（1）TheUVabsorptioncolumndensityisanorderofmagnitudehigherthanpreviouslybelieved,andlowionizationBALsareformedinthehighionizationzone.(2)Inradio|quietBALquasars,theoutflowismainlyconfinedtotheequatorialdirectionwhileinradio|loudonesbothequatorialandpolaroutflowsarepossible.(3)Thepolarizationofresonantlyscatteredlinessuggeststhattheoutflowcarrieslargeangularmomentum.Keywordsquasars,absorptionlines1一些星系中心的超大質(zhì)量黑洞吸積周?chē)臍怏w，氣體在下落到黑洞過(guò)程中將巨大的引力結(jié)合能轉(zhuǎn)換成粒子的熱運(yùn)動(dòng)動(dòng)能，產(chǎn)生大量的電磁輻射,同時(shí)吸積也是大質(zhì)量黑洞增長(zhǎng)的過(guò)程.它們的輻射光度甚至超過(guò)整個(gè)星系的恒星光度百倍，我們稱(chēng)這些天體為活動(dòng)星系核.近10年來(lái)的觀測(cè)表明，幾乎所有大質(zhì)量星系的中心都存在超大質(zhì)量黑洞，核活動(dòng)是星系演化的一個(gè)特殊階段.人們普遍相信核活動(dòng)巨大的能量輸出使得它在星系演化的過(guò)程中起關(guān)鍵的作用，產(chǎn)生了一系列觀測(cè)到的黑洞質(zhì)量與星系參數(shù)的相關(guān)性.類(lèi)星體是高光度的活動(dòng)星系核統(tǒng)稱(chēng).大約10%20%的類(lèi)星體具有寬的、藍(lán)移的離子吸收線(xiàn)，這些類(lèi)星體被稱(chēng)為BALQSO）.最常見(jiàn)的紫外吸收線(xiàn)有CIV1549,NV1240,Ly,SiIV1397,OVI1032,MgII2798,AlIII1870等類(lèi)Li離子共振吸收線(xiàn)（如圖1所示），這些吸收線(xiàn)是由類(lèi)星體部分電離的高速外流物質(zhì)吸收連續(xù)譜產(chǎn)生的，外流的速度可高達(dá)0.1c0.2c(c為光速).如果這些外流具有足夠的質(zhì)量外流速率，它可能是聯(lián)接核活動(dòng)與星系演化的關(guān)鍵物理過(guò)程，同時(shí)也將對(duì)吸積過(guò)程產(chǎn)生重要影響.因此確定寬吸收線(xiàn)類(lèi)星體物理參數(shù)近年來(lái)受到特別重視.本文將介紹寬吸收線(xiàn)類(lèi)星體的研究背景和我們近年來(lái)在這方面開(kāi)展的一些研究工作,包括吸收物質(zhì)的柱密度，外流的幾何以及外流角動(dòng)量的確定等.2目前對(duì)寬吸收線(xiàn)類(lèi)星體有2類(lèi)截然不同的觀點(diǎn)：人們較為普遍接受的觀點(diǎn)是，所有的類(lèi)星體都具有寬吸收線(xiàn)外流,但外流只覆蓋一少部分的立體角，換言之，只在類(lèi)星體的一些視線(xiàn)方向上觀測(cè)到了外流；另一類(lèi)觀點(diǎn)是，只有一些特殊的類(lèi)星體具有寬吸收線(xiàn)外流.觀測(cè)檢驗(yàn)這2個(gè)觀點(diǎn)的主要方法是：（1）通過(guò)比較BALQSO吸收線(xiàn)區(qū)的覆蓋因子與觀測(cè)到寬吸收線(xiàn)類(lèi)星體的比例，如果二者一致，則支持第一類(lèi)模型；（2）檢驗(yàn)BALQSO與非BALQSO性質(zhì)在統(tǒng)計(jì)上的差別，如果有差別，則二者可能是不同的.第一類(lèi)檢驗(yàn)主要通過(guò)離子共振散射譜線(xiàn)的強(qiáng)度與理論模型預(yù)言的比較來(lái)確定.對(duì)大部分吸收線(xiàn)而言，離子與光子的作用并不是真吸收而是共振散射，因而通過(guò)測(cè)量別的方向上散射過(guò)來(lái)的光就可以確定散射物質(zhì)覆蓋的區(qū)域.這一方法給出寬吸收線(xiàn)區(qū)的覆蓋因子上限為30%，但一定程度上與模型相關(guān).第二類(lèi)方法發(fā)現(xiàn)BAL與非BALQSO只在發(fā)射線(xiàn)輪廓上有細(xì)微差別，BALQSO的CIV線(xiàn)更加藍(lán)移，這可能說(shuō)明它們有不同，或者只是二類(lèi)系統(tǒng)不同的視角方向引起的，前者支持第一種觀點(diǎn)，而后者支持第二種觀點(diǎn)，因此第二類(lèi)方法并沒(méi)有給出明確的傾向.寬吸收線(xiàn)外流是由輻射加速的，如果外流的電離程度合適，活動(dòng)星系核強(qiáng)的紫外輻射可以非常有效地加速物質(zhì)外流.在光學(xué)薄的情況下，輻射加速度可以寫(xiě)成：其中為單位質(zhì)量物質(zhì)對(duì)頻率為的光子的吸收截面，L為頻率處單位頻率間隔的光度，為平均吸收截面與電子散射截面之比，LUV為積分光度，LEdd為完全電離的氫輻射壓與引力平衡時(shí)輻射光度(稱(chēng)為Eddington光度)，M為黑洞的質(zhì)量.對(duì)于典型的類(lèi)星體而言，LUV/LEdd0.1，取決于具體的吸收過(guò)程，主要包括譜線(xiàn)的共振散射或者連續(xù)譜的光電吸收過(guò)程.對(duì)于典型的類(lèi)Li離子電離物質(zhì)而言，共振散射的截面與光電吸收的截面之比量級(jí)為105.但共振散射只能發(fā)生在吸收物質(zhì)共同坐標(biāo)系共振頻率附近，很容易飽和，因此它的重要性取決于吸收物質(zhì)的速度梯度.對(duì)于共振散射光學(xué)厚的物質(zhì)，二者的相對(duì)重要性由柱密度的速度梯度（n(dr/d)）以及電離連續(xù)譜的形狀決定.在考慮的電離度范圍，估計(jì)在1010000之間.在一些情況下，塵埃的吸收也是重要的輻射力來(lái)源.觀測(cè)上發(fā)現(xiàn)吸收線(xiàn)輪廓的一些特征也表明共振線(xiàn)輻射壓是外流的重要加速機(jī)制，如CIV吸收坑中有時(shí)在速度5800km/s處有剩余流量的峰，這是由于NV離子吸收類(lèi)星體強(qiáng)的Ly發(fā)射線(xiàn)后獲得額外的加速度而使得該速度段的離子數(shù)目降低引起的.一些寬吸收線(xiàn)類(lèi)星體的吸收坑的深度比局部連續(xù)譜深，從而要求寬吸收線(xiàn)物質(zhì)同時(shí)也吸收發(fā)射線(xiàn)，換言之，寬吸收線(xiàn)區(qū)在發(fā)射線(xiàn)區(qū)外.對(duì)于類(lèi)星體，典型的寬發(fā)射線(xiàn)區(qū)的尺度為10161017cm,作為比較，典型的108M質(zhì)量黑洞的半徑為1.51013cm.寬吸收線(xiàn)區(qū)可能延伸到pc（秒差距）尺度.從紫外吸收坑我們可以估計(jì)吸收離子柱密度的下限，這個(gè)下限對(duì)應(yīng)的物質(zhì)柱密度只有1021cm-2,從吸收線(xiàn)輪廓看，吸收物質(zhì)是